土木工程知識(shí)點(diǎn)-瀝青路面早期損壞與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系

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瀝青路面早期損壞與路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理有很大關(guān)系，從現(xiàn)有瀝青路面結(jié)構(gòu)早期損壞情況看，不可否認(rèn)，在瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在一定的不合理性。

很多地區(qū)盡管瀝青路面早期破壞的現(xiàn)象和特征不盡相同，但對(duì)于水損壞、車轍等與設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)的早期損壞是普遍存在的。對(duì)于我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的一些問題，主要表現(xiàn)如下：

1、設(shè)計(jì)指標(biāo)唯一。盡管瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中包含彎沉和彎拉應(yīng)力驗(yàn)算指標(biāo)，但實(shí)際在瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，彎沉成為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的唯一指標(biāo)，也即使說按照現(xiàn)有的規(guī)范方法，在路面設(shè)計(jì)彎沉滿足的條件下，彎拉應(yīng)力驗(yàn)算肯定是通過的，使得設(shè)計(jì)指標(biāo)成為唯一。

2、設(shè)計(jì)指標(biāo)不可控制。設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)該是路面結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生損壞的控制指標(biāo)，即設(shè)計(jì)模型與路面結(jié)構(gòu)損壞模型應(yīng)該一致，但實(shí)際情況告訴我們，彎沉指標(biāo)無法與多種破壞類型和破壞標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一、協(xié)調(diào)，現(xiàn)有瀝青路面的損壞湖設(shè)計(jì)模式大不相同，設(shè)計(jì)指標(biāo)形同虛設(shè)。路面設(shè)計(jì)的宗旨是防止在設(shè)計(jì)年限內(nèi)總交通量反復(fù)荷載作用引起路面疲勞破壞，實(shí)際上絕大部分路面在交通量遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)交通量的早期已經(jīng)發(fā)生了破壞，疲勞破壞的指標(biāo)還沒起到控制作用。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本思想是路面結(jié)構(gòu)的承載能力主要依靠半剛性基層，路面結(jié)構(gòu)破壞就意味著基層破壞。實(shí)際上現(xiàn)在許多高速公路的彎沉值都非常小，似乎路面不應(yīng)該破壞，可是實(shí)際卻壞了。另一方面，一旦水滲入基層、路基、彎沉又會(huì)變得很大。也就是說，路面破壞程度與路面驗(yàn)收時(shí)的彎沉經(jīng)常不相關(guān)。

3、理論驗(yàn)算定條件不準(zhǔn)確。按照現(xiàn)有公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范，在進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)彎拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，假定層間接觸條件是連續(xù)接觸，在這種條件下進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算，半剛性基層頂面的瀝青面層處于受壓狀態(tài)，所以瀝青面層不會(huì)發(fā)生彎拉疲勞破壞。實(shí)際上，很難做到瀝青層與半剛性基層的連續(xù)，即使是瀝青的上、中、下面層之間，由于施工污染，施工非連續(xù)性等原因，瀝青層之間都有可能是部分連續(xù)或者滑動(dòng)的，在荷載、水等外界因素作用下，層間界面連接狀態(tài)的改變是必然的，因此路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的假定條件是不準(zhǔn)確的，在這種情況下，理論驗(yàn)算結(jié)果的準(zhǔn)確性可想而知。

4、對(duì)其他路面結(jié)構(gòu)形式限制。由于瀝青路面彎沉設(shè)計(jì)指標(biāo)的存在和指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，在國(guó)外大量成功應(yīng)用的柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)在我國(guó)無法得到應(yīng)用，盡管規(guī)范中也列出了柔性基層的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)際上從設(shè)計(jì)指標(biāo)本身就已經(jīng)決定了柔性結(jié)構(gòu)不可能應(yīng)用。

5、彎沉回歸公式不可隨意外延。1978年柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范中的彎沉公式是現(xiàn)行公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)，原來的彎沉與累計(jì)通行軸軸載次數(shù)的關(guān)系式是根據(jù)對(duì)當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)瀝青路面結(jié)構(gòu)和路況條件進(jìn)行調(diào)查回歸得到的，現(xiàn)在路面結(jié)構(gòu)形式以及交通荷載情況與30年前有很大的不同，決定路面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)彎沉公式多年來雖幾經(jīng)修正，但其對(duì)現(xiàn)有交通條件路面結(jié)構(gòu)形式下的適應(yīng)性值得懷疑。

6、路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際路用性能缺乏關(guān)聯(lián)性。路面設(shè)計(jì)采用理論計(jì)算方法看似很先進(jìn)，實(shí)際上材料設(shè)計(jì)參數(shù)一般只是通過室內(nèi)試驗(yàn)確定。過很多研究表明，路面材料在實(shí)際使用過程，其室內(nèi)性能與路用性能之間的關(guān)系并沒有很好的相關(guān)性，而我們的設(shè)計(jì)人員在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，一般僅通過取規(guī)范推薦的材料參數(shù)中值得的簡(jiǎn)單辦法進(jìn)行設(shè)計(jì)，更談不到去建立路面材料室內(nèi)力學(xué)性能與野外路用性能的關(guān)系，所以其設(shè)計(jì)過程實(shí)際上只是個(gè)形式。通過對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在問題的分析可以看出，在設(shè)計(jì)上，瀝青路面發(fā)生早期損壞現(xiàn)象是必然的。也就是說，瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身就是矛盾的，設(shè)計(jì)模型的與瀝青路面早期損壞模式?jīng)]有較好的相關(guān)關(guān)系。

大部分地區(qū)瀝青路面結(jié)構(gòu)性早期損壞，應(yīng)提高長(zhǎng)期使用性能的途重點(diǎn)應(yīng)該從優(yōu)化結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)，合理利用路面材料性能等方面著手。我們通過對(duì)級(jí)配碎石材料和瀝青穩(wěn)定碎石材料系統(tǒng)的研究以及試驗(yàn)路和實(shí)體工程修建的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在我國(guó)使用級(jí)配碎石和瀝青穩(wěn)定碎石材料在技術(shù)方面是可行的。采用力氣能夠穩(wěn)定碎石基層結(jié)構(gòu)雖然會(huì)在建設(shè)時(shí)提高路面結(jié)構(gòu)造價(jià)，但其造價(jià)僅僅占公路總造價(jià)的1`%~1.5%左右，而其后期使用性能的提高和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的減少則可以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在已建成的25000公里高速公路中，瀝青路面約占85%~90%。全國(guó)高速公路瀝青路面幾乎都采用半剛性基層，可以說，半剛性基層瀝青路面是我國(guó)高速公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式，甚至是惟一的路面結(jié)構(gòu)形式。

半剛性基層瀝青路面之所以成為我國(guó)高速公路主要路面結(jié)構(gòu)形式是歷史的選擇，其發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用的過程是和我國(guó)國(guó)情緊密相關(guān)的。半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的兩個(gè)主要原因是：

（1）國(guó)內(nèi)道路瀝青嚴(yán)重缺乏，而瀝青面層所用的瀝青混凝土是路面結(jié)構(gòu)中造價(jià)最高的一部分，因此為了降低公路建設(shè)的造價(jià)，需要盡可能減薄瀝青層的厚度；

（2）在瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念上，如果減薄瀝青面層厚度并必須滿足交通荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)承載能力的要求，就需要加強(qiáng)基層的強(qiáng)度，使基層成為承受交通荷載的主體。這種情況下，因?yàn)榘雱傂圆牧暇哂姓w強(qiáng)度高、板體性好的特點(diǎn)，半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。

交通部公路科學(xué)研究所正是在這種歷史條件下，在七五和八五期間，完成了高等級(jí)公路半剛性基層重交通道路瀝青面層和抗滑表層的研究課題，形成了較完整的半剛性基層瀝青路面設(shè)計(jì)施工成套設(shè)備技術(shù)。

國(guó)外在上個(gè)世紀(jì)50、60年代也對(duì)半剛性基層材料進(jìn)行了大量對(duì)比和試驗(yàn)研究，并根據(jù)半剛性基層材料的使用性能，歸納出以下主要結(jié)論：

（1）多數(shù)采用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定的粒料只能用作底基層，有的國(guó)家只用作路基改善層。這是因?yàn)椴捎脽o機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料基層容易產(chǎn)生開裂，為了防止反射裂縫，一般都在底基層與瀝青面層間增加一層粒料過度層，以減少反射裂縫。

（2）使用最廣泛的結(jié)合料是水泥，國(guó)外一般稱為水泥處理基層（CementTreatedBese--CTB）。需要指出的是，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料一詞中穩(wěn)定是以改善和提高結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度為目的，并對(duì)無機(jī)結(jié)合料的強(qiáng)度進(jìn)行了限制，并非越高越好；

（3）無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層上面的瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層的總厚度一般大于20cm。歐洲及日本等國(guó)家的高速公路實(shí)踐表明，半剛性基層瀝青路面是上個(gè)世紀(jì)60年代的主要路面結(jié)構(gòu)類型，現(xiàn)在已經(jīng)成為次要的路面結(jié)構(gòu)類型。從半剛性基層瀝青路面產(chǎn)生和應(yīng)用以及國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)看，半剛性基層瀝青路面在我國(guó)的廣泛應(yīng)用是必然的，同時(shí)在對(duì)半剛性基層瀝青路面的長(zhǎng)期使用性能研究和使用條件的認(rèn)識(shí)方面，我們是不全面的。

通過對(duì)瀝青路面早期破壞現(xiàn)象與路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在問題的分析，我們可以看出，造成瀝青路面結(jié)構(gòu)發(fā)生早期損壞的原因是復(fù)雜的，但作為最直接的瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，需要在以下幾個(gè)方面加強(qiáng)研究，以解決或減少瀝青路面的早期損壞。

（1）在瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中增加對(duì)瀝青路面功能性指標(biāo)的要求，提高瀝青路面的長(zhǎng)期路用性能。

（2）建立瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型與破壞模型聯(lián)系，確定控制路面發(fā)生損壞和早期損壞的關(guān)鍵指標(biāo)作為設(shè)計(jì)指標(biāo)；

（3）加強(qiáng)半剛性基層與瀝青面層的連接狀況，在進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用條件選擇層間界面的接觸條件；

（4）開展包括柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)在內(nèi)多種路面結(jié)構(gòu)形式的研究，把瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)作為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

（5）開展路面材料室內(nèi)力學(xué)性能與野外路用性能的聯(lián)系的研究，使得設(shè)計(jì)結(jié)果更準(zhǔn)確，提高瀝青路面結(jié)構(gòu)的使用性能。有人認(rèn)為建立新形式的標(biāo)準(zhǔn)化始走向建筑和諧的唯一道路，并且能用建筑技術(shù)加以成功地控制．而我的觀點(diǎn)不同，我要強(qiáng)